Die Erfindung betrifft eine Hülse für Munition, wobei die Wand der Hülse aus einem verbrennbaren oder verzehrbaren Wickelkörper besteht.
Aus der DE 198 49 824 A1 ist gemaß dem oberbegriff des Anspruchs 1, die Hülse für eine Munition bekannt, wobei die Wand aus einem verbrennbaren oder verzehrbaren Wickelkörper mit mindestens einer Doppellage sich kreuzender Fäden besteht. Die Ablage der Fäden über die Länge des Wickelkörpers erfolgt ungleichmäßig. Die Wickeldichte, das heißt die Anzahl, wievielmal der Faden oder die Fäden über die Länge des Wickelkörpers abgelegt werden, ist auf die tatsächlichen und möglichen Belastungen sowie auf das gewünschte Abbrandverhalten abgestimmt. Je höher beispielsweise die Druckbelastung auf eine Hülse in einem Bereich ist, desto größer wird die Anzahl der Fadenablagen in diesem Bereich gewählt.
Eine solche Wickeltechnik führt dazu, daß insbesondere in den Bereichen der Hülse, in denen die Belastung am höchsten ist, die Anzahl der Fadenablagen gegenüber dem übrigen Teil der Hülsenwandung verstärkt wird. Eine erhöhte Anzahl von Fadenablagen erhöht aber auch zwangsläufig die Dicke der Hülsenwand.
Soll aber bei gleicher Wickelhülsenaussengeometrie, also bei gleichem Ladungsraum der Waffe, der Raum für die Treibladung in der Wickelhülse vergrößert werden, muß die Wandstärke reduziert werden. Wenn es bei dicken Wandstärken vorteilhaft ist, einen Faden zu verwenden, der eine geringe Zugfestigkeit, jedoch eine gute Verbrennbarkeit oder Verzehrbarkeit gewährleistet, beispielsweise Viskosefäden, ist bei einer Reduzierung der Wandstärke und den dadurch bedingten steigenden Druck- und Temperaturbelastungen mit den in der Regel verwendeten Fäden die geforderte mechanische Festigkeit der Hülsen nicht zu erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, trotz einer dünneren Wandstärke bei gleichem Außendurchmesser die Festigkeitswerte der Hülsenwand beizubehalten.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Erfindungsgemäß besteht der Wickelkörper der Hülse aus Chemiefasern, vorzugsweise synthetischen Chemiefasern wie Polyamide und Polyester, und aus den anorganischen Chemiefasern wie Silikatfasern (Glasfasern) oder Kohlefasern. Bei den aus Chemiefasern hergestellten Garnen kann man unterscheiden zwischen den monofilen Garnen, d.h. einfädigen oder nur aus einer Faser bestehenden, aus Einlochdüsen ersponnen Filamentgarnen, und den multi- oder polyfilen Garnen, die aus mehreren Fäden bzw. Fasern gesponnen oder zusammengelegt werden. Die Fasern können auch in einer begrenzten, vorgegebenen Länge in regelloser Anordnung miteinander in Form eines Vlieses miteinander verbunden werden.
Die Zugfestigkeit der erfindungsgemäß verwendeten Fasern liegt wesentlich höher als die der Fasern natürlicher Rohstoffe. Beispielsweise ist die Zugfestigkeit von Glasfasern, in Faserrichtung gemessen, höher als die von Stahl und liegt bei etwa 2500 N/mm2. Die Zugfestigkeit von Kohlenstoffasern beispielsweise liegt zwischen 1500 N/mm2 und 3500 N/mm2. Von den Kunststoffasem sind insbesondere Aramidfasern mit einer Zugfestigkeit von etwa 3000 N/mm2 geeignet. Gewebe aus Aramidfasem besitzen neben einem hohen Elastizitätsmodul auch eine extreme Schlagzähigkeit. Der Elastizitätsmodul dieser Fasern liegt bei etwa 130 × 103 N/mm2.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, daß der Wickelkörper aus einer Mischung von Fäden gewickelt wird, die jeweils aus einer der genannten Faserarten besteht. Dabei können mindestens zwei Fäden unterschiedlicher Faserarten in paralleler Anordnung nebeneinander in einer Lage des Wickelkörpers abgelegt werden. Dieses ist sowohl bei einer Parallelablage der Fäden auf dem Umfang des Wickelkörpers als auch bei der Ablage der Fäden in Kreuzlage möglich. Dadurch können zur optimalen Abstimmung der Wandstärke des Wickelkörpers und seiner Festigkeit Fäden mit einem Werkstoff mit einer höheren Zugfestigkeit vorteilhaft da eingesetzt werden, wo auch die höheren Beanspruchungen an der Hülse auftreten.
Statt aus einzelnen gewickelten Fäden kann der Wickelkörper auch aus Gewebestreifen aufgebaut sein. Das hat den Vorteil, daß sich das Wickeln der Hülsenwand noch einfacher gestaltet. Außerdem besteht keine Gefahr, daß dann, wenn ein Faden reißt, wie sonst an der Rißstelle einzelner Fäden eine Schwachstelle innerhalb der Hülsenwand auftritt. Weiterhin ist der Wickelvorgang schneller abgeschlossen. Das Wickeln von Gewebe hat gegenüber der Ablage von Einzelfäden weiterhin den Vorteil, daß ein Gewebestreifen mit einer gleichmäßigeren Verteilung der Spannung auf den Wickelkörper aufgebracht werden kann als ein einzelner oder mehrere einzelne Fäden nebeneinander.
Weil bei einem herrschenden Druck in einem Zylinder die auf dem Umfang des Zylinders tangential wirkenden Kräfte größer sind als die Kräfte, die in Längsrichtung an der Zylinderwand angreifen, ist es vorteilhaft, wenn die Fäden eines Gewebes, die im wesentlichen in Umfangsrichtung der Hülse verlaufen, eine höhere Zugfestigkeit aufweisen als die Fäden, die im wesentlichen in Längsrichtung der Hülse angeordnet sind. Bekannterweise besteht ein Gewebe in der Regel aus den längsverlaufenden Kettfäden und den querverlaufenden Schußfäden. Beim Wickeln eines Gewebes ist es in Bezug auf die Stabilität des Gewebes sinnvoll, daß die Kettfäden um die Hülsenachse gewickelt werden und daß die Schußfäden im wesentlichen in Längsrichtung der Hülse verlaufen. Aus den oben aufgeführten Gründen ist es deshalb vorteilhaft, wenn die Kettfäden aus einem Werkstoff bestehen, der eine höhere Zugfestigkeit aufweist als der der Schußfäden.
Verschiedene Faserarten lassen sich zu sogenannten Misch- oder Hybridgeweben verarbeiten. So ist es möglich, die unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Fasern in einem Bauteil zu kombinieren. Werden beispielsweise Kohlenstoff- und Aramitfasem in einem Gewebe kombiniert, hat der daraus hergestellte, mit einem Bindemittel versehene Wickelkörper zwar eine geringere Steifigkeit als ein aus reinem Kunststoffasem hergestellter Wickelkörper, seine Schlagzähigkeit ist jedoch wesentlich erhöht.
Die Eigenschaften eines Wickelkörpers aus Gewebe werden weiterhin durch die Fadendichte und die Gewebebindung beeinflusst. Ein Gewebe in Leinwandbindung weist eine kleinere Flottierung (engere Krümmung) der Fäden auf als ein Gewebe in Atlasbindung. Eine größere Flottierung führt durch die bessere Streckung der Fäden zu einer besseren Drapierbarkeit und Festigkeit des Wickelkörpers.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Wickelkörper aus mindestens einer Lager eines Vlieses bestehen. Ein Vlies besteht nicht aus Fäden sondern aus einzelnen Fasern einer bestimmten Länge, die in der Regel unregelmäßig in dem Vlies orientiert sind. Ein Vlies hat eine wesentlich geringere Festigkeit als ein Gewebe, allerdings kann durch eine entsprechende Wahl der Fasern und deren Anordnung im Vlies diesem eine solche Festigkeit gegeben werden, daß es sich für einen Wickelvorgang eignet. Gegenüber einem Gewebe hat ein Vlies den Vorteil, daß es ein wesentlich größeres Volumen an flüssigen Stoffen aufnehmen kann als ein Gewebe. Dadurch ist es möglich, mittels eines Vlieses Stoffe in den Wickelkörper einzubringen, die beispielsweise bei ihrer Verbrennung zusätzlich zur Ladung Treibgase erzeugen.
Die Festigkeit und der Zusammenhalt des Wickelkörpers wird im wesentlichen durch die Bindemittel erzeugt, die in bekannter Weise entweder vor dem Wickeln den Fäden, dem Gewebe oder dem Vlies zugegeben werden oder mit dem der Wickelkörper nach seiner Fertigstellung getränkt wird. Dem Bindemittel kann auch in bekannter Weise eine Explosivstoff beigemischt sein, so daß der Abbrand oder das Verzehren der Wickelhülse beschleunigt wird und zusätzliche Treibgase für das Geschoß bereitgestellt werden. Das die Porosität der Fadenlagen, eines Gewebes Einfluß auf das Verbrennen bzw. Verzehren einer gewickelten Hülse habt, ist bereits bekannt.
Während es bei einem durch das Wickeln von Fäden hergestellten Wickelkörper oder bei einem Gewebe Zwischenräume zwischen den Fäden gibt, die man als Poren bezeichnen kann, sind bei einem Vlies Poren in einer solchen offensichtlichen Form nicht zu erkennen. Ausrichtung der Fasern, ihre Länge sowie die Kräuselung sind Kriterien, die die Dichte eines Vlieses bestimmen und damit seine Aufnahmefähigkeit für Füllstoffe.
Da das Vlies in dem Sinne keine offenen Poren besitzt, eignet es sich besonders dafür, nicht nur flüssige Stoffe aufzusaugen, sondern auch während des Wickelvorgangs Stoffe zu fixieren, die zwischen eine bereits gewickelte und die aufzuwickelnde Lage Vlies in den Wickelspalt eingebracht werden. Es ist dabei nicht erforderlich, daß diese Stoffe dabei in flüssiger Form aufgebracht werden. Ihre Konsistenz muß nur so beschaffen sein, daß sie beim Einwickelvorgang zwischen den beiden Vlieslagen fixierbar sind.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
Als Beispiel für Gewebebindungen zeigen:
In Figur 1 ist in der Ansicht a) eine Aufsicht auf ein Gewebe 1 in Leinwandbindung dargestellt. Die Aufsicht auf die unterschiedlich gefärbten Kett- und Schußfäden zeigt das typische Schachbrettmuster einer Leinwandbindung. Die dunkel eingezeichneten Fäden 2 sowie die hell dargestellten Fäden 3 wechseln sich hinsichtlich ihrer Bindungspunkte 4 im kontinuierlichen Wechsel ab. Zwischen den einzelnen Fäden verbleiben Poren 5, welche mit Bindemittel oder gegebenenfalls Bindemitteln mit dem Zusatz von Explosivstoffen gefüllt werden können. Sie können allerdings auch als Luftporen genutzt werden, um für die Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft zur Verfügung zu stellen.
Der in Figur 1 b) dargestellte Schnitt durch das Gewebe 1 zeigt den typischen Fadenverlauf mit der bindungsbedingten starken Krümmung, Flottierung, der Fäden.
In Figur 2 a) ist die Aufsicht auf ein Gewebe 10 in sogenannter Köperbindung dargestellt. Diese Bindungsart weist einen diagonalen Verlauf der Bindungspunkte 4 der Fäden 3 und 4 auf.
Der in der Figur 2 b) dargestellte Schnitt durch das Gewebe 10 zeigt, daß die Flottierung, die Krümmung der Fäden, weiter ist und die Fäden dadurch eine größere Streckung aufweisen.
Ein noch größere Streckung weisen die Fäden in dem in Figur 3 dargestellten Gewebe 20 mit Atlasbindung auf. Eine Atlasbindung entsteht durch regelmäßige Verteilung der Kettfaden-Hoch- und Tiefgänge über den gesamten Bindungs-Rapport, so daß sie sich an keiner Stelle berühren. Dadurch wird eine glatte Gewebeoberfiäche erzielt. Hierzu sind je Rapport mindestens 5 Kett- und Schußfäden erforderlich. Als Rapport wird die Wiederholungseinheit einer bestimmten Fadenverkreuzung oder derselben Figur bei gemusterten Textilien oder Tapeten bezeichnet. Wie die Aufsicht auf das Gewebe 20 zeigt, liegt ein Bindungspunkt 4 erst bei der Kreuzung mit jedem vierten Faden.
Die Figuren 4 und 5 zeigen zwei Gewebe, die mit Fäden unterschiedlicher Faserwerkstoffe gewebt sind.
Figur 4 zeigt ein Mischgewebe 30 in einer Leinwandbindung, wobei beispielsweise die in der eingezeichneten X-Richtung verlaufenden Fäden 32 aus Kohlenstoffasern und die in Y-Richtung verlaufenden Fasern 31 aus Glasfasern bestehen.
In Figur 5 ist ein sogenanntes Hybridgewebe 40 dargestellt. Sowohl in X- als auch in Y-Richtung wechseln sich die Fäden aus unterschiedlichen Fasern untereinander ab. Somit liegt neben jedem Faden aus Aramidfasem 41 ein Faden aus Kohlenstoffasern 42.
Bei Mischgeweben und bei den Hybridgeweben ist es möglich, die unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Fasern in einem Bauteil zu kombinieren.
In Figur 6 ist eine Hülse 50 dargestellt, deren Wand 51 aus drei übereinandergewickelten Lagen 52 einer Vliesbahn 53 besteht. Diese Vliesbahn ist mit einem Steigungswinkel 54 um die Achse 55 in drei Lagen 52 gewickelt. Das Vlies 53 selbst kann neben dem Bindemittel mit Explosivstoffen zur Unterstützung des Verbrennens oder Verzehrens getränkt sein.
Während des Wickelvorgangs kann auch beim Aufwickeln auf die bereits bestehende erste Vlieslage ein Stoff zwischen die bereits gewickelte Vlieslage und die aufzuwickelnde Vlieslage eingebracht werden. Er kann zusätzlich die Bindung zwischen den Vlieslagen 52 unterstützen. Er kann gegebenenfalls zusätzlich Explosivstoffe einer anderen Zusammensetzung aufweisen, wie sie beispielsweise in dem Stoff vorhanden ist, mit dem das Vlies 53 selbst getränkt ist.